JP3789362B2 - Switching power supply - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、起動時の出力電圧のオーバーシュートを防止する回路を有するスイッチング電源装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
コンピュータなどの電子システムなどに用いられ、効率よく、かつ安定した電圧を供給するスイッチング電源装置の1つとして、前段に降圧コンバータ、後段にハーフブリッジコンバータなどを組み合わせた、いわゆる2ステージコンバータが提案されている。
【0003】
降圧コンバータは、入力電圧をある電圧レベルまで降圧する。ハーフブリッジコンバータは、第1および第2のスイッチ素子が一定のデューティーでオン・オフするハーフブリッジ回路によってトランスの1次巻線を励磁して2次巻線に発生する電圧を整流・平滑して直流電圧を生成する。
【0004】
このような構成のスイッチング電源装置において、電源起動時に、ノイズの発生、回路素子への電流、電圧ストレスなどを防止し、出力電圧をスムーズに出力する、いわゆるソフトスタート回路を有しているものがある。
【0005】
帰還回路は、誤差増幅器およびフォトカプラなどから構成されている。通常動作時、誤差増幅器は、基準電圧と出力電圧を抵抗分圧した分圧電圧とを比較し、フォトカプラの電流を制御するが、電源起動時で、出力電圧が設定電圧よりかなり低い場合は、フォトカプラはOFFになっている。
【0006】
このフォトカプラがOFFの期間において、降圧コンバータのスイッチ素子を駆動するPWM駆動回路は、ソフトスタート用信号に基づいてPWM波形を生成する。
【0007】
このソフトスタート用信号は、コンデンサに定電流で充電されて生じる電圧である。駆動制御回路のOUTはソフトスタート用信号の電圧レベルが高くなるに伴い、出力電圧が上昇するようなパルスを出力する。
【0008】
そして、出力電圧がある設定電圧レベル以上になると、誤差増幅器の出力が反転してフォトカプラがONとなり、ソフトスタート用信号から、通常のフィードバックレベル信号に基づくPWM波形の生成に切り換えられる。
【0009】
これにより、スイッチング電源装置の出力電圧が徐々に所定の電圧レベルまで上がるように制御している。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
前述したスイッチング電源装置のソフトスタートの制御技術では、ソフトスタート用信号から、フィードバックレベル信号に切り替わる際に、誤差増幅器やフォトカプラなどの応答遅れなどが生じてしまうことにより、出力電圧のオーバシュートが発生し、定格電圧を超えた電圧が出力されてしまうという問題がある。
【0011】
そこで、本発明は、電源起動時に発生するオーバシュートを確実に防止することのできるスイッチング電源装置を提供することを目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明に係るスイッチング電源装置は、トランスにより1次巻線側と2次巻線側とが絶縁され、フィードバックにフォトカプラが用いられた絶縁型のスイッチング電源装置であって、出力電圧が所定の電圧に達する前にフォトカプラを動作させる補助回路を設け、トランスの2次巻線側の電圧を整流した出力電圧よりも高い電圧レベルの補助電源電圧によって補助回路を駆動することを特徴とする。
【0013】
このような発明によれば、電源起動時における出力電圧のオーバシュートをなくすことができ、安定したスイッチング電源を供給することができる。
【0014】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しつつさらに具体的に説明する。ここで、添付図面において同一の部材には同一の符号を付しており、また、重複した説明は省略されている。なお、発明の実施の形態は、本発明が実施される特に有用な形態としてのものであり、本発明がその実施の形態に限定されるものではない。
【0015】
図1は本発明の一実施の形態によるスイッチング電源装置の回路図、図2は図1のスイッチング電源装置における各部の電圧波形を示したタイミングチャート、図3は従来技術の回路図、図4は図3のスイッチング電源装置における各部の電圧波形を示したタイミングチャート、図5は本発明の他の実施形態によるスイッチング電源装置の回路図である。
【0016】
本実施形態において、スイッチング電源装置1は、降圧コンバータ(第2のコンバータ)2、ハーフブリッジコンバータ(第1のコンバータ)3、駆動制御回路4、および帰還制御回路5から構成されている。
【0017】
降圧コンバータ2は、入力電源の電圧Vinをある電圧レベルに降圧して出力する。この降圧コンバータ2は、スイッチ素子(第3のスイッチ素子)6、ダイオード7、およびインダクタ9から構成されている。
【0018】
ハーフブリッジコンバータ3は、降圧コンバータ2が生成した電圧をある電圧レベルの直流電圧に変換して出力電圧Voを出力して負荷に供給する。
【0019】
また、ハーフブリッジコンバータ3は、スイッチ素子(第1のスイッチ素子10、第2のスイッチ素子11)、コンデンサ12〜14、トランス15、ダイオード16,17、およびインダクタ19から構成されている。
【0020】
スイッチ素子6,10,11は、たとえば、MOS−FETなどのトランジスタからなる。スイッチ素子6は、駆動制御回路4が生成する駆動制御信号OUTによってON/OFF動作が制御されている。
【0021】
駆動制御回路4にはコンパレータ4aなどが設けられており、たとえば、IC(Integrated Circuit)などの1パッケージの半導体集積回路装置からなり、駆動制御信号OUTとしてPWM(Pulse Width Modulation)信号を生成する。
【0022】
スイッチ素子10,11においても同様に、駆動制御回路4が生成した制御信号(上記OUTとは異なる)によってON/OFF動作がそれぞれ制御されている。
【0023】
スイッチ素子6の一方の接続部には入力電源Vinが接続されており、スイッチ素子6の他方の接続部には、還流用整流素子であるダイオード7のカソード、および平滑用のインダクタ9の一方の接続部がそれぞれ接続されている。
【0024】
インダクタ9の他方の接続部には、コンデンサ12の一方の接続部、およびスイッチ素子10の一方の接続部がそれぞれ接続されている。このスイッチ素子10の他方の接続部には、トランス15の1次巻線側の一方の入力部、ならびにスイッチ素子11の一方の接続部がそれぞれ接続されている。
【0025】
また、コンデンサ12の他方の接続部には、コンデンサ13の一方の接続部、およびトランス15の1次巻線側の他方の入力部が接続されている。これにより、ハーフブリッジ型回路が構成されている。
【0026】
ダイオード7のアノード、スイッチ素子11の他方の接続部、ならびにコンデンサ13の他方の接続部には、基準電位(GND)がそれぞれ接続されている。
【0027】
スイッチ素子6の制御端子(ゲート)には、駆動制御回路4から出力される駆動制御信号OUTが入力されるように接続されており、スイッチ素子10,11の制御端子(ゲート)には、同じく駆動制御回路4から出力される制御信号が入力されるようにそれぞれ接続されている。
【0028】
また、コンパレータ4aの負側(−)入力端子には、コンデンサ4bの一方の接続部が接続されおり、コンパレータ4aの一方の正側(+)入力端子には、コンデンサ4cの一方の接続部、および基準電圧VREF が接続されている。コンデンサ4b,4cの他方の接続部には、基準電位(GND)がそれぞれ接続されている。
【0029】
コンデンサ4bは、ある間隔で定期的に充放電されており、のこぎり波の信号(第3の比較信号)CTを生成している。コンデンサ4cは、基準電圧VREFから定電流充電され、その電圧をソフトスタート用信号(第1の比較信号)SSとして生成している。
【0030】
トランス15の2次巻線側の一方の端子には、ダイオード16のカソードが接続されており、トランス15の2次巻線側の他方の端子には、ダイオード17のカソードが接続されている。ダイオード16のアノードには、ダイオード17のアノード、およびコンデンサ14の他方の接続部が接続されている。
【0031】
トランス15の2次巻線側のセンタタップには、インダクタ19の一方の接続部が接続されている。このインダクタ19の他方の接続部には、コンデンサ14の一方の接続部が接続されている。
【0032】
そして、コンデンサ14の両接続部から、スイッチング電源装置1の出力電圧Voが出力される。
【0033】
さらに、帰還制御回路5は、補助電源部5a、フォトダイオード部5b、および補助回路5cから構成されている。補助電源部5aは、ダイオード20,21、ならびにコンデンサ22からなり、後述するような補助電源電圧VHを生成する。
【0034】
フォトダイオード部5bは、フォトカプラの発光側であるフォトダイオード23a、誤差増幅器24および抵抗25〜28から構成されており、補助回路5cは、コンデンサ29、ダイオード30および抵抗32から構成されている。
【0035】
抵抗25の一方の接続部には、基準電圧VREF が供給されている。また、VREF 端子とコンパレータ4aの一つの正側(+)入力端子の間には、VREF 端子から一定の電流を供給する定電流回路40が接続されている。抵抗25の他方の接続部には、フォトカプラの受光側であるフォトトランジスタ23bのコレクタ、およびコンパレータ4aの他方の正側(+)入力端子にそれぞれ接続されている。フォトトランジスタ23bのエミッタは、基準電位(GND)に接続されている。
【0036】
抵抗25の他方の接続部から出力される電圧が、駆動制御回路4のフィードバック用信号(第2の比較信号)FBとして入力される。
【0037】
さらに、ダイオード20,21のアノードには、ダイオード16,17のカソードがそれぞれ接続されており、これらダイオード20,21のカソード電圧が、補助電源電圧VHとなる。
【0038】
この補助電源電圧VHは、コンデンサ22,29の一方の接続部、抵抗26の一方の接続部、および誤差増幅器24の電源入力部にそれぞれ供給されている。抵抗26の他方の接続部には、フォトダイオード23aのアノードが接続されており、フォトダイオード23aのカソードには、誤差増幅器24の出力部が接続されている。
【0039】
抵抗27,28は、出力電圧Vo間に直列接続されている。これら抵抗27,28によって分圧された分圧電圧が誤差増幅器24の負側(−)入力端子に入力されるように接続されており、この誤差増幅器24の正側(+)入力端子には、基準電圧VREF1が入力されるように接続されている。
【0040】
コンデンサ29の他方の接続部と抵抗32の一方の接続部には、つまりコンデンサ29と抵抗32との中点には、ダイオード30のアノードが接続されている。ダイオード30のカソードは抵抗27および抵抗28の中点に接続されるとともに誤差増幅器24の負側(−)入力端子が接続されている。
【0041】
誤差増幅器24は、負側(−)入力端子に入力される電圧と基準電圧VREF1とを比較し、負側(−)入力端子に入力される電圧が基準電圧VREF1よりも高くなるとLowレベル出力となり、フォトダイオード23aの電流を制御する。
【0042】
また、コンデンサ22の他方の接続部および抵抗32の他方の接続部には、出力電圧Vo(−)が接続されている。
【0043】
次に、本実施の形態によるスイッチング電源装置1の起動時の動作について、図1、および図2の信号タイミングチャートを用いて説明する。
【0044】
図2において、上方から下方にかけては、コンパレータ4aに入力されるフィードバック用信号FB、信号CT、ソフトスタート用信号SS、コンパレータ4aから出力される駆動制御信号OUT、およびスイッチング電源装置1から出力される出力電圧Voの信号タイミングをそれぞれ示している。
【0045】
まず、スイッチング電源装置1が起動されると、信号CTが出力される。その後、コンデンサ4cが基準電圧VREF によって定電流充電され、ソフトスタート用信号SSの電圧が徐々に上昇する。
【0046】
このとき、出力電圧Voは、出力されていないので、補助電源電圧VHには電圧が発生していなく、誤差増幅器24は動作せず、フィードバック用信号FBも基準電圧VREF レベルとなっている。
【0047】
よって、コンパレータ4aは、信号CTとソフトスタート用信号SSとを比較し、信号CTの電圧レベルがソフトスタート用信号SSよりも低い期間だけ、駆動制御信号OUTを出力し、スイッチ素子6を駆動させる。
【0048】
降圧コンバータ2はこのスイッチ素子6のON/OFFによって駆動されるので、コンデンサ12,13(コンデンサ12およびコンデンサ13は同じ容量)の電圧は徐々に上昇する。
【0049】
スイッチ素子10,11は、駆動制御回路4から出力される制御信号(前記OUTとは異なる)によって交互に一定のデューティでON/OFFする。
【0050】
スイッチ素子10がONすると、トランス15の1次巻線側に降圧コンバータによって降圧された電圧レベルの1/2の電圧が印加され、この電圧がトランス15の巻数比に比例した2次側電圧に変換され、2次側電流がダイオード17とインダクタ19を介してコンデンサ14に流れる。
【0051】
また、スイッチ素子10がOFFし、スイッチ素子11がONした際には、トランス15の1次巻線側に逆方向の電圧が印加される。よって、トランス15の2次巻線側では、ダイオード16とインダクタ19を介してコンデンサ14に電流が流れる。これに伴い、出力電圧Voは、徐々に電圧レベルが上昇する。また、同様に補助電源電圧VHも徐々に電圧が上昇し、誤差増幅器24は動作状態となる。この時、誤差増幅器24の出力はHigh出力となっており、引き続き、フィードバック用信号FBは基準電圧VREF レベルとなっている。
【0052】
出力電圧Voは抵抗27および抵抗28に印加されるので、出力電圧Vo/(抵抗27の抵抗値+抵抗28の抵抗値)で求められる電流(以下、この電流を「第1の電流」という。)が流れる。
【0053】
さらに、ダイオード20,21は、ダイオード16,17のカソード、すなわちトランス15の2次巻線側の両方の端子にそれぞれ接続されているので、補助電源部5aでは出力電圧Voの約2倍程度(2Vo)の補助電源電圧VHが生成されることになる。ダイオード20,21から出力された補助電源電圧VHは、コンデンサ22によって平滑される。
【0054】
そして、この補助電源電圧VHからコンデンサ29を充電する電流が、ダイオード30から抵抗28に至る経路、および抵抗32の経路を流れる(以下、この電流を「第2の電流」という。)。
【0055】
ここで、起動時にはコンデンサ29に電荷が充電されていないので、前述した第1の電流と第2の電流との和が抵抗28を流れる。したがって、第1の電流のみが抵抗28を流れるときよりも急峻な傾きの電圧信号Vsが誤差増幅器24の負側(−)入力端子に入力される。
【0056】
誤差増幅器24は、入力された電圧信号Vsと基準電圧VREF1とを比較する。このとき、起動時における電圧信号Vsの傾きは急峻になっているので、当該電圧信号Vsは、第1の電流のみが抵抗28を流れるときよりも早く基準電圧VREF1に到達する。そして、基準電圧VREF1に到達したならば、誤差増幅器24の出力が反転してLow出力となり、フォトカプラが駆動される。これによって、誤差増幅器24とフォトカプラとの動作遅延時間TDだけ遅れてフィードバック用信号FBの電圧レベルが立ち下がりを開始する。
【0057】
一方、ソフトスタート用信号SSはコンデンサ4cが充電されるにしたがって電圧レベルが上昇するので、当該ソフトスタート用信号SSの電圧レベルがフィードバック用信号FBの電圧レベルよりも大きくなると、コンパレータ4aは、フィードバック用信号FBと信号CTとに基づいて駆動制御信号OUTを生成することになる。
【0058】
このように、起動時には第1および第2の電流が流れることにより、第1の電流のみが流れるときよりも早く電圧信号Vsが基準電圧VREF1に到達して誤差増幅器24の出力がLowになり、フィードバック用信号FBを立ち下げることができるので、スイッチング電源装置1は、出力電圧Voがオーバシュートとなる前に電源起動時のソフトスタート制御から通常の制御動作に移行することになる。
【0059】
なお、コンデンサ29の充電が完了すると第1の電流のみが流れるが、ダイオード30があるため、この第1の電流は抵抗32には流入しない。したがって、コンデンサ29、抵抗32およびダイオード30からなる補助回路5cは、スイッチング電源装置1の起動時のみ作動する。
【0060】
従来技術のスイッチング電源装置50の動作について説明する。
【0061】
スイッチング電源装置50は、図3に示すように、絶縁型電源回路51、1次制御回路52、および帰還回路53から構成されている。絶縁型電源回路51は、図1の降圧コンバータ2ならびにハーフブリッジコンバータ3などと同様の回路構成からなるので説明は省略する。
【0062】
また、1次制御回路52は、コンパレータ54、コンデンサ55,56からなり、降圧コンバータのスイッチ素子のON/OFF制御を行う。帰還回路53は、フォトカプラの発光部側であるフォトダイオード57a、誤差増幅器58、抵抗59〜62から構成されている。
【0063】
コンパレータ54の負側(−)入力端子には、コンデンサ55の一方の接続部が接続されている。また、基準電圧VREF20 の端子とコンパレータ54の一つの正側(+)入力端子の間には、基準電圧VREF20 から一定の電流を供給する定電流回路41が接続されている。コンパレータ54の他方の正側(+)入力端子には、基準電圧VREF20 、およびコンデンサ56の一方の接続部が接続されている。これらコンデンサ55,56の他方の接続部には、基準電位(GND)がそれぞれ接続されている。
【0064】
コンデンサ55は、のこぎり波の信号CTを生成し、コンデンサ56は、ソフトスタート用信号SSを生成する。コンパレータ54の他方の正側(+)入力端子には、フォトカプラの受光部側であるフォトトランジスタ57bのコレクタが接続されている。
【0065】
抵抗59の一方の接続部には基準電圧VREF20 が接続されており、抵抗59の他方の接続部には、同様にフォトトランジスタ57bのコレクタが接続されている。
【0066】
抵抗60の一方の接続部、および誤差増幅器58には、補助電圧源70が供給されている。抵抗60の他方の接続部には、フォトダイオード57aのアノードが接続されており、フォトダイオード57aのカソードには、誤差増幅器58の出力端子が接続されている。
【0067】
抵抗61,62は、スイッチング電源装置50の出力電圧Vo間に直列接続されており、これら抵抗61,62の中間ノードには、誤差増幅器58の負側入力端子が接続されている。誤差増幅器58の正側入力端子には、基準電圧VREF10 が接続されている。
【0068】
また、図4は、スイッチング電源装置50における各部の動作信号のタイミングチャートであり、上方から下方にかけて、コンパレータ54に入力されるフィードバック用信号FB、信号CT、ソフトスタート用信号SS、コンパレータ54から出力されるスイッチ素子の駆動信号、およびスイッチング電源装置50から出力される出力電圧Voの信号タイミングをそれぞれ示している。
【0069】
スイッチング電源装置50が起動されると信号CTが出力され、コンデンサ56が基準電圧VREF20 によって定電流充電され、ソフトスタート用信号SSの電圧が徐々に上昇する。
【0070】
コンパレータ54は、信号CTとソフトスタート用信号SSとを比較し、信号CTの電圧レベルがソフトスタート用信号SSよりも低い期間だけ駆動信号OUTを出力し、降圧コンバータのスイッチ素子をONさせる。これにより、出力電圧Voは徐々に上昇する。誤差増幅器58には、出力電圧Voが抵抗61,62によって分圧された電圧と基準電圧VREF10 とがそれぞれ入力されて比較されるので、出力電圧Voがある電圧に達すると誤差増幅器58の出力が反転してLow出力となる。すると、補助電圧源70からフォトダイオード57aに電流が流れ、フォトトランジスタ57bがONになる。
【0071】
したがって、フォトダイオード57aに電流が流れ始め、これに呼応してフォトトランジスタ57bがONになるまでには、若干の動作遅延時間TDが発生する。そして、ここからフィードバック用信号FBが立ち下がりを開始する。
【0072】
図4に示すように、フィードバック用信号FBの立ち下がり直後は、このフィードバック用信号FBの方がソフトスタート用信号SSよりも電圧レベルが高いので、フィードバック用信号FBの電圧レベルは駆動制御信号OUTの生成に反映されない。
【0073】
このために、出力電圧Voにオーバシュートが発生してしまい、スイッチング電源装置50の信頼性を損ねてしまう恐れがある。
【0074】
これに対し、図1に示すスイッチング電源装置1によれば、電源起動時のソフトスタート制御時において、出力電圧Voの2倍程度の電圧レベルの補助電源電圧VHによって帰還制御を行うので、フィードバック遅れによる出力電圧Voのオーバシュートを防止でき、スイッチング電源装置1の信頼性を向上することができる。
【0075】
また、本実施の形態では、補助電源部5aが生成した補助電源電圧VHを補助回路5cに供給する構成としたが、出力電圧Voの電圧レベルが大きい場合には、図5に示すように、補助回路5cに供給する電圧を出力電圧Voから取るようにしてもよい。
【0076】
この場合、スイッチング電源装置1aの回路接続は、補助回路5cのコンデンサ29が出力電圧Voを出力する一方の出力端子に接続されている点だけが異なっており、その他の回路構成については、図1のスイッチング電源装置1と同様である。
【0077】
また、本実施の形態では、降圧コンバータとハーフブリッジコンバータとによってスイッチング電源装置を構成した場合について記載したが、本発明は、昇圧コンバータ、昇降圧コンバータ、プッシュプルコンバータ、あるいはフルブリッジコンバータなどの他形式のコンバータを備えたスイッチング電源装置に応用することができる。
【0078】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば以下の効果を奏することができる。
(1).スイッチング電源装置の電源起動時におけるフィードバック遅れによる出力電圧のオーバシュートを確実に防止することができる。
(2).これにより、スイッチング電源装置が生成する出力電圧を安定して供給することができ、スイッチング電源装置の信頼性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態によるスイッチング電源装置の回路図である。
【図2】図1のスイッチング電源装置における各部の電圧波形を示したタイミングチャートである。
【図3】従来のスイッチング電源装置の回路図である。
【図4】図3のスイッチング電源装置における各部の電圧波形を示したタイミングチャートである。
【図5】本発明の他の実施形態によるスイッチング電源装置の回路図である。
【符号の説明】
1,1a スイッチング電源装置
2 降圧コンバータ(第2のコンバータ)
3 ハーフブリッジコンバータ(第1のコンバータ)
4 駆動制御回路
4a コンパレータ
4b,4c コンデンサ
5 帰還制御回路
5a 補助電源部
5b フォトダイオード部
5c 補助回路
6 スイッチ素子(第3のスイッチ素子)
7 ダイオード
9 インダクタ
10 スイッチ素子(第1のスイッチ素子)
11 スイッチ素子(第2のスイッチ素子)
12〜14 コンデンサ
15 トランス
16,17 ダイオード
19 インダクタ
20,21 ダイオード
22 コンデンサ
23a フォトダイオード
23b フォトトランジスタ
24 誤差増幅器
25〜28 抵抗
29 コンデンサ
30 ダイオード
32 抵抗
40 定電流回路
41 定電流回路
50 スイッチング電源装置
51 絶縁型電源回路
52 1次制御回路
53 帰還回路
54 コンパレータ
55,56 コンデンサ
57a フォトダイオード
57b フォトトランジスタ
58 誤差増幅器
59〜62 抵抗
70 補助電圧源
CT 信号(第3の比較信号)
FB フィードバック用信号(第2の比較信号)
OUT 駆動制御信号
SS ソフトスタート用信号(第1の比較信号)
TD 動作遅延時間
VH 補助電源電圧
Vin 入力電源
Vo 出力電圧
VREF 基準電圧
VREF1 基準電圧
VREF10 基準電圧
VREF20 基準電圧
Vs 電圧信号[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a switching power supply device having a circuit that prevents an overshoot of an output voltage at the time of startup.
[0002]
[Prior art]
A so-called two-stage converter that combines a step-down converter at the front stage and a half-bridge converter at the rear stage has been proposed as one of switching power supply devices that are used in electronic systems such as computers and that supply an efficient and stable voltage. ing.
[0003]
The step-down converter steps down the input voltage to a certain voltage level. The half bridge converter rectifies and smoothes the voltage generated in the secondary winding by exciting the primary winding of the transformer by a half bridge circuit in which the first and second switching elements are turned on and off at a constant duty. Generate DC voltage.
[0004]
A switching power supply device having such a configuration has a so-called soft start circuit that prevents noise generation, current to circuit elements, voltage stress, and the like and smoothly outputs an output voltage when the power supply is started. is there.
[0005]
The feedback circuit includes an error amplifier and a photocoupler. During normal operation, the error amplifier compares the reference voltage with the divided voltage obtained by dividing the output voltage to control the photocoupler current. If the output voltage is considerably lower than the set voltage when the power is turned on, The photocoupler is OFF.
[0006]
During this period when the photocoupler is OFF, the PWM drive circuit that drives the switch element of the step-down converter generates a PWM waveform based on the soft start signal.
[0007]
This soft start signal is a voltage generated by charging a capacitor with a constant current. OUT of the drive control circuit outputs a pulse whose output voltage increases as the voltage level of the soft start signal increases.
[0008]
When the output voltage exceeds a certain set voltage level, the output of the error amplifier is inverted, the photocoupler is turned on, and the soft start signal is switched to the generation of the PWM waveform based on the normal feedback level signal.
[0009]
As a result, the output voltage of the switching power supply device is controlled to gradually rise to a predetermined voltage level.
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
In the soft start control technology of the switching power supply device described above, when switching from the soft start signal to the feedback level signal, a response delay of an error amplifier, a photocoupler, etc. occurs, resulting in an overshoot of the output voltage. There is a problem that a voltage exceeding the rated voltage is generated.
[0011]
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a switching power supply device that can reliably prevent an overshoot that occurs when a power supply is started.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, a switching power supply according to the present invention is an insulated switching power supply in which a primary winding side and a secondary winding side are insulated by a transformer and a photocoupler is used for feedback. An auxiliary circuit that operates the photocoupler before the output voltage reaches a predetermined voltage is provided, and the auxiliary circuit is driven by an auxiliary power supply voltage that is higher than the output voltage obtained by rectifying the voltage on the secondary winding side of the transformer. It is characterized by doing.
[0013]
According to such an invention, it is possible to eliminate the overshoot of the output voltage at the time of starting the power supply, and it is possible to supply a stable switching power supply.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described more specifically with reference to the drawings. Here, in the accompanying drawings, the same reference numerals are given to the same members, and duplicate descriptions are omitted. The embodiment of the invention is a particularly useful embodiment in which the present invention is implemented, and the present invention is not limited to the embodiment.
[0015]
1 is a circuit diagram of a switching power supply device according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a timing chart showing voltage waveforms of respective parts in the switching power supply device of FIG. 1, FIG. 3 is a circuit diagram of a prior art, and FIG. FIG. 5 is a circuit diagram of a switching power supply device according to another embodiment of the present invention, and FIG. 5 is a timing chart showing voltage waveforms at various parts in the switching power supply device of FIG.
[0016]
In this embodiment, the switching power supply device 1 includes a step-down converter (second converter) 2, a half-bridge converter (first converter) 3, a
[0017]
The step-down converter 2 steps down the voltage Vin of the input power supply to a certain voltage level and outputs it. This step-down converter 2 includes a switch element (third switch element) 6, a diode 7, and an inductor 9.
[0018]
The
[0019]
The half-
[0020]
The
[0021]
The
[0022]
Similarly, in the
[0023]
An input power source Vin is connected to one connection portion of the switch element 6, and the other connection portion of the switch element 6 has one of a cathode of a diode 7 that is a rectifying element for reflux and one of a smoothing inductor 9. Each connection is connected.
[0024]
One connection portion of the
[0025]
In addition, one connection portion of the
[0026]
A reference potential (GND) is connected to the anode of the diode 7, the other connection portion of the switch element 11, and the other connection portion of the
[0027]
The control terminal (gate) of the switch element 6 is connected so that the drive control signal OUT output from the
[0028]
Further, one connection portion of the
[0029]
The
[0030]
The cathode of the
[0031]
One connecting portion of the
[0032]
The output voltage Vo of the switching power supply device 1 is output from both connection portions of the
[0033]
Further, the
[0034]
The
[0035]
A reference voltage V REF is supplied to one connection portion of the
[0036]
A voltage output from the other connection portion of the
[0037]
Further, the cathodes of the
[0038]
The auxiliary power supply voltage VH is supplied to one connection portion of the
[0039]
The
[0040]
The anode of the
[0041]
The
[0042]
The output voltage Vo (−) is connected to the other connection portion of the
[0043]
Next, the operation at the time of startup of the switching power supply device 1 according to the present embodiment will be described using the signal timing charts of FIG. 1 and FIG.
[0044]
In FIG. 2, from the upper side to the lower side, the feedback signal FB, the signal CT, the soft start signal SS input to the
[0045]
First, when the switching power supply device 1 is activated, a signal CT is output. Thereafter, the
[0046]
At this time, since the output voltage Vo is not output, no voltage is generated in the auxiliary power supply voltage VH, the
[0047]
Therefore, the
[0048]
Since step-down converter 2 is driven by ON / OFF of switch element 6, the voltages of
[0049]
The
[0050]
When the
[0051]
Further, when the
[0052]
Since the output voltage Vo is applied to the
[0053]
Furthermore, since the
[0054]
Then, a current for charging the capacitor 29 from the auxiliary power supply voltage VH flows through a path from the
[0055]
Here, since the capacitor 29 is not charged at the time of startup, the sum of the first current and the second current flows through the
[0056]
The
[0057]
On the other hand, since the voltage level of the soft start signal SS increases as the
[0058]
As described above, since the first and second currents flow at the start-up, the voltage signal Vs reaches the reference voltage V REF1 earlier than when only the first current flows, and the output of the
[0059]
When the charging of the capacitor 29 is completed, only the first current flows. However, since the
[0060]
The operation of the conventional
[0061]
As shown in FIG. 3, the switching
[0062]
The
[0063]
One connection portion of the
[0064]
The
[0065]
The reference voltage V REF20 is connected to one connection portion of the
[0066]
An
[0067]
The
[0068]
FIG. 4 is a timing chart of the operation signal of each part in the switching
[0069]
When the switching
[0070]
The
[0071]
Accordingly, a slight operation delay time TD occurs until a current starts to flow through the
[0072]
As shown in FIG. 4, immediately after the fall of the feedback signal FB, the feedback signal FB has a higher voltage level than the soft start signal SS. Therefore, the voltage level of the feedback signal FB is the drive control signal OUT. Is not reflected in the generation of.
[0073]
For this reason, an overshoot occurs in the output voltage Vo, which may impair the reliability of the switching
[0074]
On the other hand, according to the switching power supply device 1 shown in FIG. 1, feedback control is performed by the auxiliary power supply voltage VH having a voltage level of about twice the output voltage Vo at the time of soft start control at the time of power activation. The overshoot of the output voltage Vo due to can be prevented, and the reliability of the switching power supply device 1 can be improved.
[0075]
In the present embodiment, the auxiliary power supply voltage VH generated by the auxiliary
[0076]
In this case, the circuit connection of the switching power supply device 1a is different only in that the capacitor 29 of the
[0077]
In the present embodiment, the switching power supply device is configured by the step-down converter and the half-bridge converter. However, the present invention is not limited to the step-up converter, the buck-boost converter, the push-pull converter, or the full-bridge converter. It can be applied to a switching power supply device having a converter of a type.
[0078]
【The invention's effect】
As is apparent from the above description, the present invention can provide the following effects.
(1) The overshoot of the output voltage due to the feedback delay at the time of starting the power supply of the switching power supply can be surely prevented.
(2) Thereby, the output voltage generated by the switching power supply can be stably supplied, and the reliability of the switching power supply can be improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a circuit diagram of a switching power supply device according to an embodiment of the present invention.
2 is a timing chart showing voltage waveforms at various parts in the switching power supply device of FIG. 1; FIG.
FIG. 3 is a circuit diagram of a conventional switching power supply device.
4 is a timing chart showing voltage waveforms at various parts in the switching power supply device of FIG. 3;
FIG. 5 is a circuit diagram of a switching power supply according to another embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
1, 1a Switching power supply 2 Step-down converter (second converter)
3 Half-bridge converter (first converter)
4 Drive
7 Diode 9
11 Switch element (second switch element)
12-14
FB feedback signal (second comparison signal)
OUT drive control signal SS Soft start signal (first comparison signal)
TD operation delay time VH auxiliary supply voltage Vin input supply Vo output voltage V REF reference voltage V REF1 reference voltage V Ref10 reference voltage V REF20 reference voltage Vs voltage signal
Claims (3)
出力電圧が所定の電圧に達する前に前記フォトカプラを動作させる補助回路を設け、
前記トランスの2次巻線側の電圧を整流した出力電圧よりも高い電圧レベルの補助電源電圧によって前記補助回路を駆動する、
ことを特徴とするスイッチング電源装置。An insulated switching power supply device in which a primary winding side and a secondary winding side are insulated by a transformer and a photocoupler is used for feedback,
An auxiliary circuit for operating the photocoupler before the output voltage reaches a predetermined voltage is provided .
Driving the auxiliary circuit with an auxiliary power supply voltage having a voltage level higher than an output voltage obtained by rectifying the voltage on the secondary winding side of the transformer;
The switching power supply device characterized by the above-mentioned.
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